Радіолокатор беззупинного випромінювання

Радіолокатор безупинного випромінювання, що містить антену, що передає, передавач безупинного сигналу з генератора високої частоти, генератора низької частоти, що модулює, і модулятора, приймальну антену, приймач і фазовимірювач, що відрізняє ться тим, що передавач виконаний із частотно-модульованим сигналом, до складу пристрою додатково включений фільтр низької частоти, що модулює, амплітудний детектор сигналу на частоті Доплера, амплітудний обмежувач і вимірювач частоти Доплера, фільтр частоти, що модулює, установлений на виході приймача і пов'язаний з амплітудним обмежувачем, на виході якого установлений вимірювач частоти Доплера, а також пов'язаний з амплітудним детектором сигналу на частоті Доплера, вихід якого пов'язаний із фазовимірювачем, на виході фазовимірювача і вимірювача частоти Доплера додатково встановлений обчислювач радіальної швидкості і дальності цілі по співвідношеннях lFД Vp = , 2 c (j - p ) r= , 2 pF Винахід належить до області радіолокації і може бути використаний у фазових радіолокаторах безупинного випромінювання мікрохвильового діапазону для одночасного виміру дальності і радіальної швидкості цілі. Відомий імпульсний радіолокаційний далекомір [1, с. 13, рис. 1.1]. Аналог містить імпульсний передавач, антену з антенним перемикачем і приймач. Дальність цілі визначають за часом запізнювання імпульсу луна-сигналу щодо імпульсу, що зондує. Хибою аналога є те, що він не може вимірювати малі дальності менше добутку швидкості світла на половину тривалості імпульсу. Як прототип обраний фазовий радіолокатор із безупинним випромінюванням [1]. До складу прототипу входять такі основні елементи: антена, що передає; передавач із генератора високочастотного безупинного сигналу, генератора низькочастотної напруги, що модулює, і модулятора (наприклад, амплітудного модулятора); приймальна антена; екран розв'язки антен; приймач (наприклад, супергетеродинний приймач з амплітудним детектором); фазовимірювач зсуву фаз вихідного низькочастотної напруги приймача щодо напруги генератора передавача, що модулює. Вимір дальності цілі в прототипі засновано на вимірі зсуву фаз φ вихідної низькочастотної напруги приймача щодо напруги передавача, що модулює. При цьому дальність цілі визначають за співвідношенням (1) де: D - дальність цілі; с - швидкість світла; φ - зсув фаз вихідної напруги приймача щодо напруги низькочастотного генератора напруги передавача, що модулює; F - часто та напруги, що модулює. (11) UA cj , 4 pF (19) D= 40130 (13) A де: Vp - радіальна швидкість цілі, r - дальність цілі, λ - довжина хвилі, F Д - частота Доплера, с - швидкість світла, φ - зсув фаз сигналу генератора низької частоти передавача, що модулює, щодо сигналу на цій же частоті на виході амплітудного детектора сигналу доплерівської частоти, F - частота передавача, що модулює. 40130 Антени прототипу рознесені в просторі й екрановані одна від одної за допомогою екрана розв'язки для того, щоб прямі радіохвилі антени, що передає, не потрапляли в приймальну антену і не заважали приймати луна-сигнали цілі. Хибою прототипу є те, що в його склад входить громіздкий екран розв'язки антен, що істотно ускладнює конструкцію антенної системи радіолокатора. Інша хиба прототипу полягає в тому, що такий фазовий радіолокатор забезпечує вимір тільки дальності цілі і не дозволяє вимірювати радіальну швидкість цілі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення радіолокатора безупинного випромінювання, у якому за рахунок виконання передавача з частотно-модульованим сигналом і додатковим вставлянням до складу пристрою фільтра частоти, що модулює, амплітудного детектора сигналу на частоті Доплера, амплітудного обмежувача і вимірювача частоти Доплера забезпечується поділ на виході приймача частоти, що модулює, і доплерівської частоти і одночасне визначення дальності і радіальної швидкості цілі, а також виключення із складу пристрою екрана розв'язки антен, що істотно спрощує конструкцію антенної системи радіолокатора. Поставлена задача вирішується тим, що в радіолокаторі безупинного випромінювання, що містить антену, що передає, передавач безупинного сигналу з генератора високої частоти, генератора низької частоти, що модулює, і модулятора, приймальну антену, приймач і фазовимірювач, відповідно до винаходу: передавач виконаний із частотно-модульованим сигналом; до складу пристрою додатково включений фільтр низької частоти, що модулює, амплітудний детектор сигналу на частоті Доплера, амплітудний обмежувач і вимірювач частоти Доплера; фільтр частоти, що модулює, установлений на виході приймача і пов'язаний з амплітудним обмежувачем, на виході якого установлений вимірювач частоти Доплера, а також пов'язаний з амплітудним детектором сигналу на частоті Доплера, вихід якого пов'язаний із фазовимірювачем; на виході фазовимірювача і вимірювача частоти Доплера додатково встановлений обчислювач радіальної швидкості і дальності цілі за співвідношеннями Vp = lFД , 2 c (j - p ) r= , 2 pF При цьому екран розв'язки антен, що був у прототипі, зі складу запропонованого пристрою виключений. Припускається також, що низька частота F сигналу передавача, що модулює, нижче доплерівської частоти FД луна-сигналу цілі. Додаткове вмикання до складу пристрою фільтра частоти, що модулює, амплітудного детектора сигналу на частоті Доплера, амплітудного обмежувача і вимірювача частоти Доплера, з зазначеними зв'язками між цими елементами, забезпечує визначення за допомогою обчислювача дальності і радіальної швидкості цілі, а вилучення зі складу пристрою екрана розв'язки антен істотно спрощує конструкцію антенної системи. Технічна сутність і принцип дії запропонованого пристрою пояснюються на фіг. 1-6. На фіг. 1 надано спрощену структурну схему радіолокатора безупинного випромінювання, а на фіг. 2-6 надані спрощені епюри сигналу передавача, що модулює, і сигналів на виходах амплітудного детектора приймача, фільтра частоти, що модулює, амплітудного обмежувача й амплітудного детектора сигналу на частоті Доплера. До складу запропонованого пристрою на схемі (фіг. 1) входять такі основні елементи: антена, що передає 1; приймальна антена 2; передавач, що складається з генератора 3 високої частоти f, генератора 4 низької частоти, що модулюють F, і часто тні модулятори 5; приймач 6 луна-сигналів, наприклад, супергетеродинний приймач зі своїм гетеродином, змішувачем і амплітудним детектором; фільтр частоти, що модулює 7, настроєний на низьку частоту F сигналу, що модулює; амплітудний детектор 8 сигналу на частоті Доплера FД із виходу фільтра 7; фазовимірювач 9 зсуву фаз φ сигналу передавача, що модулює, щодо сигналу на частоті F із виходу амплітудного детектора 8; амплітудний обмежувач 10 сигналу на частоті Доплера FД; вимірювач частоти Доплера FД 11; обчислювач 12 дальності r і радіальної швидкості Vp цілі за показаннями фазовимірювача φ і частотою Доплера FД за допомогою співвідношень (2), (3). Принцип дії запропонованого пристрою пояснюється таким чином. Антена радіолокатора, що передає, випромінює високочастотний сигнал, модульований по частоті синусоїдальною напругою низької частоти F, що нижче доплерівської частоти FД луна-сигналу цілі. Епюра синусоїдального сигналу передавача, що модулює, на низькій частоті, що модулює F, умовно надана на фіг. 2. Приймальна антена приймає одночасно луна-сигнал цілі і прямий частотно-модульований сигнал антени, що передає. Луна-сигнал цілі буде містити доплерівський зсув частоти, а прямий сигнал антени такого зсуву не містить. Амплітудний детектор приймача має приблизно квадратичну вольт-амперну характеристику. Пропонується виділити за допомогою цього детектора сигнал на різницевій частоті лунасигналу і сигналу передавача, що потрапляє в приймальну антену. Цей сигнал містить 4 частотні складові на доплерівській частоті і частоті, що модулює, передавача. Ці частотні складові пропону (2) (3) де: Vp - радіальна швидкість цілі; r - дальність цілі; λ - довжина хвилі; FД - частота Доплера; с - швидкість світла; φ - зсув фаз сигналу генератора низької частоти передавача, що модулює, щодо сигналу на цій же частоті на виході амплітудного детектора сигналу доплерівської частоти; F - часто та передавача, що модулює. 2 40130 ється розділити за допомогою фільтра 7, настроєного на частоту, що модулює F, сигналу, амплітудного детектора 8 сигналу на частоті Доплера FД і амплітудного обмежувача 10. Далі сигнал на частоті, що модулює, виділений на виході амплітудного детектора 8, пропонується використовувати для виміру дальності цілі по зсуву фаз φ цього сигналу щодо сигналу генератора, що модулює, 4 передавача, а сигнал на частоті Доплера FД, виділений на виході амплітудного обмежувача 10, пропонується використовува ти для визначення радіальної швидкості. Запропоноване технічне рішення дозволяє розділити частотні складові луна-сигналу по частотах F і FД, що забезпечує одночасне визначення дальності г і радіальної швидкості Vp цілі і дозволяє виключити екран розв'язки антен із складу радіолокатора безупинного випромінювання. Для обгрунтування можливості практичної реалізації запропонованого технічного рішення і його істотних відмітних ознак нижче наводяться необхідні математичні співвідношення. Сигнал передавальної антени, що потрапляє в канал прийому, на вході амплітудного детектора приймача 6 визначається за таким співвідношенням u n = U m1 cos[2p fnp t + M sin(2p Ft + Ф 0 ) + j0 ], де: uвих - напруга на ви ході амплітудного детектора приймача; А - коефіцієнт вольт-амперної характеристики діодів детектора приймача; RH - опір навантаження детектора. Підставляючи співвідношення (4), (5) у (7), одержимо таке співвідношення для напруги uд складової різницевої низької частоти на виході детектора приймача u д = AR нU m1U m2 cos[2pFД t - 2p(f np + FД )t з - 2M sin(pFt з ) cos(2pFt - pFt з + Ф 0 )]. Звідси очевидно, що низькочастотна напруга на виході амплітудного детектора приймача подає сигнал на несучій частоті Доплера FД , модульованій по частоті більш низькою частотою, що модулює F, сигналу, що модулює. Епюра низькочастотного сигналу на виході амплітудного детектора приймача умовно надана на фіг. 3. Для поділу частотних складових на доплерівській частоті FД і частоті, що модулює, F пропонується використовувати фільтр 7 у вигляді контуру, настроєного на низьку частоту, що модулює F, і має широку смугу, що охоплює можливий діапазон доплерівських частот цілі. Напруга на ви ході такого фільтра пропорційна миттєвій частоті частотномодульованого сигналу. Тобто такий контур перетворить частотно-модульований сигнал в амплітудно-модульований сигнал на несучій частоті Доплера FД. Останній промодульований по амплітуді частотою, що модулює F. Розрахункова епюра амплітудно-модульованого сигналу на несучій частоті Доплера FД на виході фільтра 7 надана на фіг. 4. З цього сигналу можна одержати сигнал на доплерівській частоті FД за допомогою амплітудного обмежувача 10, що обмежить неглибоку амплітудну модуляцію вихідної напруги фільтра 7. Епюра сигналу на частоті Доплера FД на виході амплітудного обмежувача 10 надана на фіг. 5. Складова на частоті, що модулює F, не пройде на вихід цього обмежувача і не буде перешкоджати вимірювати частоту Доплера FД за допомогою вимірювача частоти. Для виділення складової на частоті, що модулює F, із вихідного амплітудно-модульованого сигналу на несучій частоті FД із виходу фільтра 7 пропонується використовувати амплітудний детектор 8. Розрахункова епюра низькочастотного сигналу на частоті, що модулює F, амплітудного детектора 8 надана на фіг. 6. З епюр фіг. 2, 6 очевидно, що сигнал частоти F на виході амплітудного детектора 8 запізнюється по фазі щодо сигналу передавача, що модулює. Зсув фаз цих сигналів φ містить інформацію про дальність цілі і дорівнює (4) де: un - сигнал антени, що передає, на вході амплітудного детектора приймача; Um1 - амплітуда прямого сигналу антени, що передає, у каналі прийому; fnр - проміжна частота супергетеродинного приймача; t - час; М - індекс частотної модуляції передавача; F - частота частотної модуляції, що модулює, передавача; Ф0 - початкова фаза сигналу, що модулює; φ0 - початкова фаза сигналу генератора високої частоти передавача. Луна-сигнал цілі на вході амплітудного детектора приймача визначений за таким співвідношенням uц = U m2 cos[2p( fnp + FД )(t - t з ) + + M sin(2pF( t - t з ) + Ф 0 ) + j0 ], (5) де: uц - напруга луна-сигналу цілі на вході амплітудного детектора приймача; Um2- амплітуда напруги луни-сигналу цілі; FД - доплерівська частота луна-сигналу цілі; tз - час запізнювання луна-сигналу цілі, який дорівнює tз = 2r , c r j = pFt з + p = 2 pF + p. c (6) r - дальність цілі; с - швидкість світла. Амплітудний детектор приймача має приблизно квадратичну вольт-амперну характеристику, і напруга на ви ході цього детектора буде uвих = ARн (u n + u ц )2 , (8) (9) Співвідношення (9) отримане з (4), (8) з урахуванням характеристик фільтра 7 і детектора 8. З співвідношення (9) отримане співвідношення (3), що рекомендується використовувати для визначення дальності цілі r за показаннями φ фазовимірювача 9. Цей фазовимірювач вимірює зсув фаз сигналу генератора, що модулює 4, низької часто (7) 3 40130 ти, що модулює F, передавача і вихідної напруги амплітудного детектора 8 на цій же частоті. Радіальну швидкість цілі Vp визначають за результатом виміру частоти Доплера FД вимірювачем частоти 11 за допомогою відомого співвідношення (2). Використання фільтра 7, амплітудного детектора 8 і амплітудного обмежувача 10 принципово необхідне для поділу складових на частотах Доплера FД і частоти, що модулює F, із низькочастотної напруги з виходу амплітудного детектора приймача і забезпечення можливості одночасного виміру дальності і радіальної швидкості цілі. Таким чином, запропонований пристрій можебути практично реалізований, а зазначені вище його відмітні ознаки є істотними і принципово необхідні для реалізації цього пристрою. Основні елементи запропонованого пристрою на схемі (фіг. 1) виконані таким чином. Передавач радіолокатора виконаний із генератора 3 синусоїдального сигналу високої частоти, генератора 4 синусоїдального сигналу низької частоти, що модулює F, і частотного модулятора 5. Цей модулятор може бути виконаний, наприклад, за відомою схемою Армстронга. Генератор 4 низької частоти, що модулює F, передавача має два виходи, один з яких пов'язаний із частотним модулятором 5, а інший - з фазовимірювачем 9. У запропонованому пристрої не потрібно екранувати приймальну антену від антени, що передає, і екран розв'язки антен виключений, а влучення прямих радіохвиль антени, що передає, у приймальну антену принципово необхідне для роботи пристрою. Приймач 6 виконаний у вигляді звичайного супергетеродинного приймача зі своїм гетеродином, змішувачем, підсилювачем проміжної частоти й амплітудного детектора, що повинен мати приблизно квадратичну вольт-амперну характеристику. Фільтр 7 настроєний на частоту, що модулює F, і повинен мати широку смугу пропускання, що охоплює можливий діапазон доплерівських частот цілі. Припускається, що частота передавача, що модулює, менше доплерівської частоти цілі F